Doğal Gaz ile Elektrik Üretimi

Kömür gibi bir fosil yakıt olan doğal gaz, milyonlarca yıl önce yaşamış bitki, hayvan ve mikroorganizmalardan oluşur. En çok kullanılan yenilenemez enerji kaynaklarından biri olan doğal gaz, dünyadaki enerji üretiminde büyük bir paya sahiptir.

Sıklıkla ısınma ve yemek pişirme amaçlarıyla kullanılır. Kafeler, iş yerleri ve alışveriş merkezleri gibi ticari mekanlarda da ısıtma, soğutma ya da pişirme için tercih edilir.

Ayrıca atık veya gıdaların işlenmesi, metal, taş, petrol ve kil gibi maddelerin rafine edilmesi gibi birçok farklı işlemde kullanılır. Doğal gazın en sık ve önemli kullanım alanlarından biri de elektrik üretimidir. 

Bu yazımızdan doğal gaz ile elektrik üretimi nasıl yapıldığını ve bu enerji kaynağının Türkiye’deki yerini öğrenebilirsiniz.

Doğal Gaz ile Elektrik Nasıl Üretilir?

Doğal gazın elektrik üretiminde kullanılması için çeşitli yollar bulunur. En bilinen yöntem gaz türbinleridir. Diğer sık kullanılan yöntemler ise buharlı türbinler ve gazlı pistonlu türbinler olarak sayılabilir.

• Merkezi Gaz Türbinleri

Merkezi gaz türbininde elektrik enerjisi elde etmek için ilk olarak start motoru adı verilen bir motor gaz türbinini döndürmeye başlar. Gaz türbini bu sayede artan bir hızla döner. Türbin kendi kendini hızlandırabilecek dönüş seviyesine ulaşana kadar start motoru türbini döndürür. Bu hız sağlandığında da start motoru devreden çıkar.

Gaz türbini dönmeye devam ederken doğal gaz yakılır. Bunun sonucunda gaz hava ile karışır, oluşan itme kuvveti ve basınçla türbinin kanatçıklarına çarpar. Bu da türbinin dönmeye devam etmesini sağlar. Dönme hareketiyle oluşan mekanik enerji ise sisteme bağlı olan alternatör ile elektrik enerjisine dönüştürülür.

• Buharlı Üretim Sistemleri

Buharlı üretim sistemlerinde ısı enerjisinden elektrik enerjisi elde edilir. Bu sistemde öncelikle buhar kazanlarında yakıt ve hava bir arada yakılır. Bu sırada oluşan yüksek sıcaklıkla kazandaki sudan yüksek basınçlı buhar ortaya çıkar.

Açığa çıkan bu buhar, buhar türbinine iletilerek mekanik enerji sağlanır. Buhar türbinine entegre olan alternatör ise mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.

• Kombine Çevrim Santralleri

Kombine çevrim santrallerinde elektrik üretimi için çeşitli elemanlar mevcuttur. Bunlar; yanma odası, yanma odasına basınçlı hava sağlayan kompresör, yanma odasında açığa çıkan yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı gaz ile hareket ettirilen gaz türbini, gaz türbininden çıkan egzoz, buhar ve buharın üretildiği atık ısı kazanı ile elektriği üreten buhar türbinleridir.

Bu tesislerde basınçlı buhar üretmek için türbinden çıkan egzoz, ısı değiştirici yapıya sahip olan atık ısı kazanının içinden geçer. Ortaya çıkan buhar, güç üretiminin sağlanması için buhar türbinine iletilir. Böylece kombine çevrim olarak adlandırılan ve iki farklı çevrimin birleştirildiği bu sistem ile güç üretimi yüksek verimli bir şekilde sağlanır. 

• Dağıtılmış Üretim

Dağıtılmış üretim adı verilen sistem için aslında net bir tanım yoktur. Genel olarak dağıtılmış üretim, küçük güçlü elektrik enerjisi üretim birimlerini ifade eder. Tüketici merkezlerine yakın dağıtım şebekesine bağlı olarak ya da bağımsız şekilde çalışan üretim kaynakları, dağıtılmış üretim olarak adlandırılır. 

Bu sistemde elektrik, tüketicilere yakın bir konumda üretildiğinden iletim esnasında açığa çıkma ihtimali bulunan enerji kaybı engellenebilir. Ucuz, verimli ve güvenli bir elektrik sağlar.

• Endüstriyel Doğal Gaz Yakıtlı Türbinler

Endüstriyel doğal gazlı türbinler ile merkezi gaz türbinlerinin çalışma sistemi benzerdir. Endüstriyel doğal gaz yakıtlı türbinlerin farkı ise üretim tesisinin elektriğin kullanılacağı bölgeye çok yakın yerlere konulmasıdır.

Bu sistemlerde elektrik üretmek için akım üreten bir türbin yüksek sıcaklık ve yüksek basınçtaki gaz ile çevrilir. Endüstriyel doğal gaz türbinleri çoğunlukla ticari binalar, hastaneler, fabrikalar ve üniversiteler gibi kuruluşlarda kullanılır.

• Mikro Türbinler

Mikro gaz türbinleri, enerji yoğunluğunun yüksek olduğu sistemlerdir. Büyük gaz türbinlerinden farkı ise termodinamik çevrim süresince gereken gaz miktarıdır. Küçültme esnasında hız, sıcaklık ve basınç değerleri değişmez.

Mikro türbinlerin bir diğer avantajı ise kompakt ve taşınabilir yapısıdır ancak bu sistemler diğerleri ile kıyaslandığında yüksek işletim sıcaklığında ihtiyaç duyması açısından dezavantajlıdır.

• Gazlı Pistonlu Motorlar

Gazlı pistonlu motorlar, aynı zamanda içten yanmalı motor olarak da bilinir. Bu sistemler, yerinde elektrik üretimi için kullanılır. Motor, doğal gazın kimyasal enerjisini kullanmak için doğal gazı yakarak ortaya çıkan basınç ve ısı enerjisi ile pistonları döndürür.

Gazlı pistonlu motorlar küçük ölçekli konut jeneratörleri ya da endüstriyel tesislerin ana yük jeneratörleri için kullanılır.

• Yakıt Pilleri

Yakıt pilleri, yüksek verimli ve temiz olması ile öne çıkar. Atık madde de çıkarmayan bu teknolojinin çalışma sisteminde hidrojen ve oksijenin tepkimeye girmesiyle elektrik enerjisi elde edilir. Diğer bir deyişle yakıtın enerjisi elektrokimyasal reaksiyon aracılığıyla direkt olarak elektrik enerjisine çevrilir.

Yakıt pilleri doğal gaz ile beslendiği sürece bu sistemlerde elektrik üretmek mümkündür. Yakıt pilleri istenilen büyüklükte ve kapasitede üretilebilmektedir. Bu yeni teknoloji sağladığı avantajlar dolayısıyla gün geçtikçe elektrik üretiminde daha çok tercih edilmeye başlanmıştır. 

Doğal Gaz Elektrik Üretim Maliyeti

Enerji santrallerinin maliyeti hesaplanırken birim enerji üretim maliyetine bakılır. Birim enerji üretim maliyeti; ilk yatırım, işletme ve bakım maliyetleri dahil olmak üzere santralin kurulumu ve aktif olduğu dönemde yapılan bütün harcamalardır. Diğer bir deyişle santralden birim enerji üretilmesi için gereken maliyettir.

Bu maliyetlerin en büyüğü çoğunlukla ilk yatırımdır. İlk yatırım maliyeti işletme kurulurken yapılan bina, arazi, cihazlar ve inşaat benzeri giderleri kapsar.

İşletme ve bakım maliyetleri, kurulumdan sonra enerji üretmek için yapılan harcamaların tümüdür. Santralin çalışması için gereken personellerin giderleri, bakımlar, cihazların arıza durumunda çıkan harcamalar, malzemeler ve yakıtlar bu maliyetlerin arasındadır.

Doğal gaz yakıtlı santraller için ilk yatırım maliyeti yaklaşık 917 $/kW, yıllık işletme maliyeti ise ortalama 13,17 $/MWh olarak belirtilir. 

Doğal Gaz ile Diğer Yenilenemez Enerji Kaynaklarının Karşılaştırılması

Yenilenemez enerji kaynaklarının genel olarak avantaj ve dezavantajları benzer olsa da farklı oldukları noktalar da bulunur. Kömürle kıyaslandığında doğal gazdan elektrik üretimi, daha düşük karbondioksit yayılımına sebep olur.

Fosil yakıtlardan elektrik üretilirken yayılan karbondioksit miktarı bu yakıtların içeriğindeki karbon miktarına bağlıdır. Kömür, doğal gaza göre daha fazla karbon içerdiğinden daha yüksek oranda karbondioksit salınımı gerçekleşir. 

Kömür ve doğal gaz arasındaki bir diğer fark da verimliliktir. Doğal gaz tam yanma sağlayan bir kaynak olması ile kömürden daha avantajlıdır. Doğal gazla çalışan sistemler daha az enerji ile daha yüksek miktarda elektrik üretebilir. 

Doğal gazın aksine nükleer santrallerden havayı kirleten herhangi bir gaz salımı gerçekleşmediğinden nükleer enerji doğal gaza kıyasla daha az hava kirliliğine sebep olur. 

Biyokütle enerjisi ve doğal gaz arasında bir karşılaştırma yapılırsa biyokütle ile enerji üretiminin doğal gaz santrallerine göre daha maliyetli oldukları görülür. Bunun nedeni ise biyokütle işlenen tesislerde verimin sağlanması için fosil yakıtlar da kullanılır.

Biyokütlenin doğal gaza göre artısı ise biyokütlenin tam olarak yenilenemez bir enerji kaynağı olmamasıdır çünkü biyokütle enerjisi bitkilerdeki enerji ile elde edildiğinden tarıma bağlıdır. Eğer tarım devam ederse biyokütle enerjisi var olmaya devam edebilir. Bu noktadan bakıldığında ise biyokütle doğal gaza göre temiz ve güvenli bir enerji üretim yoludur.

Doğal Gaz ile Elektrik Üretiminin Avantajları

Doğal gaz ile elektrik üretiminin avantajları aşağıda listelenmiştir:

• Elektrik üretimi için fosil yakıtlarla çalışan santraller karşılaştırıldığı takdirde doğal gaz kaynaklı santrallerin yatırım ve bakım açısından maliyetlerinin daha düşük olduğu görülebilir. Bununla birlikte bu santrallerin daha verimli oldukları da söylenebilir. 
• Yakıt olarak doğal gaz kullanan santrallerde elektrik üretimi esnasında kazandan ya da türbinlerden dışarı atılacak ara buhar toplandığı takdirde lokal olarak kullanılabilecek ekstra elektrik enerjisi de üretilmiş olur.
• Doğal gaz santralleri için yapılan yatırım, santral çalışmaya başladıktan kısa süre sonra karşılanır. Bunun nedeni santralin kesintisiz çalışabilmesi ve üretim kapasitesinin yüksek olmasıdır.
• Santral için gereken alan azdır. Bundan dolayı doğal gaz santralleri şehirlerin yakın çevresine kurulabilir.
• Doğal gaz yakıtlı santraller fosil yakıt kullanan diğer santrallere göre çevreye daha az zarar verir. Veriminin yüksek olması ve tam yanma sağlanması sayesinde çevreye oldukça düşük bir miktarda karbonmonoksit gibi yanmamış gazlar salınır. 

Doğal Gaz ile Elektrik Üretiminin Dezavantajları

Doğal gaz ile elektrik üretiminin bazı dezavantajları bulunur:

• Doğal gaz, gaz formunda taşınabilir. Bundan dolayı taşıma maliyeti düşüktür ancak taşıma için gereken sıcaklık ve basınç oranı iyi bir şekilde hesaplanmadığı takdirde patlama riski bulunur. Buna ek olarak doğal gazın renksiz ve kokusuz olması bir sızıntı olması halinde durumun fark edilmesini de zorlaştırır.
• Doğal gaz yakıtlı santrallerin bacasından çıkan azot gazları, azot dioksit haline gelir. Bu oksitler, kömürden elektrik üretimi yapan santrallerde olduğu gibi bir hafta havada asılı kalır. Sonrasında asit ve nitrat olarak yeryüzüne çöktüğünde kirliliğe yol açar. Bu kirlilik akciğer kanseri ile amfizem gibi son derece ciddi hastalıklara neden olabilir. 
• Eğer gerekli tedbirler alınmamışsa doğal gaz kullanılan santrallerden havaya yayılan azot gazlarına ek olarak kükürtdioksit salınımı da olur. Kükürtdioksit de azot dioksit gibi havada bir süre asılı kalır. Bu esnada 1000 km kadar yol alabilir. Bu nedenle ortaya çıkan kirlilik de uluslararası boyuta ulaşabilir. Ayrıca kükürtdioksitlerin havada su ile birleşmesi sülfürik asit oluşumuna neden olur. Bu da asit yağmurları şeklinde yeryüzüne iner.
• Doğal gaz, yakıldığında havaya karbonmonoksit yayılmasına neden olabilir. Karbonmonoksit canlıların nefes almasını zorlaştırır, doğrudan kana karışarak kandaki oksijen miktarını düşürür ve bu nedenle ciddi sağlık sorunlarına yol açar. 
• Doğal gazın yakılması sebebiyle havaya karışan karbonmonoksit atmosferde oksijen ile birleşerek karbondioksit oluşturur. Karbondioksit artışı da sera etkisi yaratır ve bu durum aynı zamanda havadaki oksijen miktarının düşmesine neden olur.
• Doğal gazın doğaya olan zararının yanı sıra doğal gazlı santrallerin yakıt giderleri de diğer santrallere göre daha fazladır. 

Türkiye’deki Elektrik Üretiminde Doğal Gazın Payı

Türkiye, doğal gaz rezervleri açısından zengin bir ülke değildir. Buna rağmen ülkemizde doğal gaz tüketimi her geçen yıl artar. Bu nedenle doğal gaz ithal edilerek çeşitli amaçlarla kullanılır.

2019 yılında Türkiye’de 483 milyon metreküp doğal gaz üretimi yapılmasına rağmen 45,3 milyar metreküp kadar tüketim olduğu belirlenmiştir.

Bununla birlikte kalan üretilebilir rezerv de Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı'nın verilerine göre 3,36 milyar metreküptür.

Dışa bağımlılığı azaltmak üzere 2018 ve 2019 yıllarında yapılan doğal gaz amaçlı sondajlar (Sondaj ile yeryüzünde delikler açılarak daha derin katmanlardaki doğal gaz, petrol gibi kaynaklar çıkarılır) ile ülkemizde yeni sahalar keşfedilmiştir. Bu sayede doğal gaz üretiminde artış başlamıştır.

2021 yılında ülke genelindeki elektrik üretiminin %33,2’si doğal gazdan elde edilmiştir. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı'nın 2022 verilerine göre Türkiye’de toplam kurulu gücün %24,8’ini karşılayan 345 adet doğal gaz santrali bulunur. Bu santraller, yılda yaklaşık 147.357 GWh elektrik üretir.

2021 yılında elektrik üretiminin kaynaklara göre dağılımı şu şekildedir: 

• Doğal gaz: %33,2
• Kömür: %30,9
• Hidroelektrik: %16,7 
• Rüzgâr: %9,4 
• Güneş: %4,2 
• Jeotermal: %3,2 
• Diğer kaynaklar: %2,4 

Bu değerler doğrultusunda doğal gazın Türkiye’de elektrik üretimi için büyük önemi olduğu söylenebilir.

Dünyadaki Doğal Gaz Elektrik Üretim Payları

Dünyada elektrik üretimi için en yaygın şekilde kullanılan kaynaklar arasında kömür birinci sırada bulunmaktadır. Kömürü ise yenilenebilir enerji ve doğal gaz takip eder. Toplam elektrik üretiminde kömür %40,6’lık bir oran ile en büyük paya sahiptir. Yenilenebilir enerji %22,9 ile ikinci ve doğal gaz %21,6 ile üçüncü sıradadır.

Ülkelerin elektrik üretiminde doğal gaz kullanımı şu şekildedir: 

• Rusya: %50,1 
• Amerika Birleşik Devletleri: %26,8 
• Almanya: %9,9 
• Kanada: %9,3 
• Hindistan: %4,9 
• Fransa: %2,3 
• Çin: %2 

Dünya’daki Doğal Gaz Rezervlerinin Dağılımı

Dünya üzerindeki doğal gaz rezervlerinin dağılımına bakıldığında çok dengeli bir dağılımın olmadığı rahatlıkla görülebilir. Rusya, İran, Katar, Türkmenistan ve ABD doğal gaz rezervleri açısından en zengin ülkelerdir.

Doğal gaz rezervlerinin 79,1 trilyon metreküp olan %40,9’luk kısmı Orta Doğu ülkelerindedir. 62,2 trilyon metreküpe denk gelen %32,1’lik kısmı Avrupa ve Asya ülkelerinde, 33,1 trilyon metreküp olan %17,1’lik kısmı ise Afrika ve Asya Pasifik ülkelerindedir.

2019 yılında en yüksek doğal gaz üretiminin ABD’de olduğu görülür. ABD’den sonra sırasıyla Rusya, İran, Katar, Çin ve Kanada gelir. 2019 yılının sonunda dünyadaki doğal gaz rezervi 198,8 trilyon metreküptür. Yine 2019 yılı içerisinde bu rezervlerden yaklaşık olarak 4 trilyon metreküp doğal gaz üretimi gerçekleştirilmiştir. 

Siz de doğal gazdan elektrik üretimi hakkında soru ve düşüncelerinizi bizimle yorumlarda paylaşabilirsiniz.